| Électrolytes mixtes à base de sulfures pour supprimer la pénétration des dendrites dans les batteries lithium tout-solide (Mixed sulfide solid-state electrolytes for suppressing lithium dendrite penetration in all-solid-state lithium batteries) | ||
Ge, Zeyu - (2024-11-07) / Université de Rennes, Université de Shenzen (Chine) - Électrolytes mixtes à base de sulfures pour supprimer la pénétration des dendrites dans les batteries lithium tout-solide Langue : Anglais Directeur de thèse: Le Coq, David Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : S3M Thématique : Chimie, minéralogie, cristallographie | ||
Mots-clés : Électrolytes solides mixtes, batteries lithium-métal à l'état solide, dendrite de lithium, argyrodite, Électrolytes solides, Batteries lithium-ion Résumé : Les batteries au lithium métal à l'état solide ont fait l'objet d'une grande attention en raison de leur potentiel en termes de densité énergétique et de sécurité. Cependant, la faible compatibilité du lithium avec l'interface des électrolytes solides et la pénétration des dendrites de lithium pendant le cyclage les empêchent d'atteindre des densités de courant susceptibles d'être commercialisées. Dans ce travail, un électrolyte solide à base de sulfure métastable au lithium et un composé solide instable au lithium ont été mélangés pour obtenir un électrolyte solide à structure mixte. En particulier, Li5.5PS4.5Cl1.5 ou Li7P3S11 agit comme matrice compatible avec le lithium, et Li10GeP2S12, Li10SnP2S12 ou le naphtalène comme inhibiteur de dendrite. La synergie entre les deux génère une interface stable avec l'anode de lithium et supprime efficacement la pénétration des dendrites de lithium. Les cellules symétriques au lithium peuvent fonctionner de manière stable pendant plus de 200 heures à une densité de courant de 0,5 mA cm-2 à température ambiante. À une densité de courant de 5 mA cm-2, le surpotentiel est inférieur à 0,3 V. Les batteries à l'état solide Li/SSEs/Li4Ti5O12 présentent une capacité élevée de 174 mAh g-1 à 0,2 C et 148 mAh g-1 à 2 C. Une rétention de capacité élevée de 96,6 % est observée après 100 cycles à 2 C et une rétention de capacité de 64,4 % après 1 000 cycles à 1C. Ce travail met en évidence les avantages de l'électrolyte mixte et fournit une nouvelle stratégie pour supprimer les dendrites de lithium et améliorer ainsi la durée de vie des ASSLMB. Résumé (anglais) : All-solid-state lithium metal batteries have received much attention because of their potential for high energy density and high safety performance. However, the poor compatibility of the lithium with solid-state electrolytes (SSEs) interface and the penetration of lithium dendrites during cycling prevent them from achieving current densities that are capable of commercialization. In this work, a lithium-metastable sulfide solid-state electrolyte and a lithium-unstable solid compound have been mixed to obtain mix-structured solid-state electrolyte. In particular, Li5.5PS4.5Cl1.5 or Li7P3S11 acts as a lithium-compatible matrix, and Li10GeP2S12, Li10SnP2S12 or naphthalene as a dendrite-inhibitor. The synergy between the two generates a stable interface with the Li anode and effectively suppresses the penetration of lithium dendrites. Li symmetric cells can operate stably for over 200 h at a current density of 0.5 mA cm-2 at room temperature. At a current density of 5 mA cm-2, the overpotential is less than 0.3 V. The Li/SSEs/Li4Ti5O12 all-solid-state batteries show a high capacity of 174 mAh g-1 at 0.2 C and 148 mAh g-1 at 2 C. High-capacity retentions of 96.6% is shown after 100 cycles at 2 C and 2 capacity retention of 64.4% after 1000 cycles at 1C. This work highlights the advantages of the electrolyte with mixed structure and provides a new strategy to resist lithium dendrites and improve cycle life of ASSLMBs. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-19825 | ||
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